Projekti

Apoptotično delovanje alkilpiridinijevih spojin na celice pljučnega adenokarcinoma

Holder: dr. Tom Turk, UL BF

PARNTER: prof. dr. Metka Filipič

Code: J1-4044

Duration: 1.7.2011 - 30.6.2014

Povzetek

Alkilpiridinijevi polimeri (polyAPS) so naravni produkti, ki smo jih izolirali iz sredozemske morske spužve vrste Reniera sarai. Zanje smo prvotno mislili, da delujejo primarno kot inhibitorji encima acetilholinesteraze (AChE), vendar se je v kasnejših preliminarnih raziskavah sintetičnih analogov kasneje pokazalo, da le-ti v veliko nižjih koncentracijah delujejo kot antagonisti nikotinskih acetilholinskih receptorjev (nAChR). Naravni polyAPS so citotoksični za NSCLC celično linijo (adenokarcinom A549), ne pa tudi za normalne pljučne celice, ki ne izražajo ?7 nAChR, oziroma izražajo nekatere druge podtipe teh receptorjev, ki so na delovanje alkilpiridinijevih spojin neobčutljivi oziroma bistveno manj občutljivi. V predhodnih raziskavah smo ugotovili, da so naravni alkilpiridiniijevi polimeri učinkoviti tudi proti primarnim celicam pljučnega karcinoma in omejujejo  rast trdnih tumorjev v miškah. Njihova slabost je ta, da so razmeroma velike organske molekule, ki v vodnih razstopinah tvorijo še večje skupke poleg tega pa so tudi citolitični, zato ravnanje z njimi ni preprosto. Pred kratkim smo uspeli sintetizirati manjše oligomere, ki imajo podobne strukturne in funkcionalne lastnosti, a imajo tudi definirano molekulsko maso in v uporabljenih koncentracijah ne agregirajo v vodnih raztopinah ter niso litični. Prvi poskusi so pokazali, da je vsaj en sintetični analog (8Br-1) izredno močan antagonist ?7 nAChR, saj jih popolnoma inhibira že v pM koncentracijah. To je precej manj od koncentracij, ki so potrebne za inhibicijo acetilholinesteraze, kar je pomembno, saj bi inhibicija acetilholinesteraze, ki jo omenjene spojine prav tako inhibirajo, lahko imela nasproten učinek od želenega. ?7 podtip je glavni podtip nAChR, ki ga izražajo celice linij NSCLC, SCLC in MPM (rakaste celice pljučnega mezotelioma). Ta tip receptorja je povezan tudi z nikotinsko odvisnostjo, saj se nikotin veže na nAChR v centralnem živčnem sistemu. Nikotin v neživčnih celicah sproži antiapoptotične signalne poti, ki preprečijo celično smrt. Kot agonist nAChR receptorje aktivira in to sproži signale, ki vodijo v aktivacijo celičnih antiapoptotičnih dejavnikov, povečajo preživetje celic in tudi proliferacijo. Čeprav nikotin ni kancerogen, pa prek teh mehanizmov očitno deluje kot tumorski promotor. Z uporabo antagonistov in inhibicijo nikotinskih receptorjev želimo doseči nasproten učinek, torej aktivacijo apoptotskih dejavnikov in tistih signalnih poti, ki vodijo v celično smrt in uničenje rakastih celic. Zaradi selektivne narave alkilpiridinijevih analogov in selektivnega izražanja števila in tipov nikotinskih receptorjev na membranah rakastih in zdravih celic menimo, da bi bile te spojine kot kemoterapevtiki lahko uspešne v boju proti eni od najbolj pogostih oblik pljučnega raka, ki je dokazano povezan s kajenjem. Poleg tega bomo s pomočjo alkilpiridinijevih analogov raziskali tudi signalne poti in vlogo nekaterih proapoptotskih proteinov, zlasti tistih, ki poškodujejo membrano mitohondrija in aktivirajo nekatere kaspaze. Predvidevamo, da bomo na podlagi ugodnih rezultatov in vitro, raziskave v zadnji fazi projekta nadaljevali tudi na živalskih modelih in vivo, ter opravili tudi nekatere farmakološke študije, ki nam bodo dale vpogled v morebitno toksičnost sintetičnih alkilpiridinijevih analogov.

 

Pomen za razvoj znanosti

Pričakujemo, da bodo rezultati raziskav, ki jih predvidevamo v predlogu projekta, dali nove odgovore o uporabi antagonistov nAChR kot možni novi skupini kemoterapevtikov za tiste oblike rakastih tumorjev, katerih celice na svoji površini specifično izražajo omenjene receptorje. Ker je za načrtovanje take terapije potrebno tudi razumevanje apoptotičnih signalnih poti v celici, so snovi, ki jih nameravamo preiskusiti, tudi pomembna molekularna orodja za razumevanje teh, velikokrat zelo kompleksnih mehanizmov. V svetovnem merilu je tovrstnih raziskav veliko, vendar pa je spoznanje, da lahko sprožimo celično smrt z uporabo nAChR antagonistov relativno novo. Hkrati ne poznamo veliko nAChR antagonistov, ki bi bili varni za uporabo, saj je večina tovrstnih molekul močno strupenih, povzroča kopico stranskih učinkov in je zato njihova uporabnost vprašljiva. Spoznanje, da rakaste celice izražajo povečano število nAChR, kjer prevladujejo določeni podtipi teh receptorjev, in pa dejstvo da imajo tovrstne celice tudi povečano izražanje elementov holinergične zanke, zlasti povečane vrednosti acetilholina, ki se veže na receptorje in v celici sproži antiapoptotske signalne poti, dela antagoniste nAChR toliko bolj zanimive. V našem primeru še toliko bolj, ker antiapoptotične poti v rakastih celicah številnih oblik pljučnega raka sproži tudi vezava agonista nikotina na nAChR. Ker je nikotin glavni alkaloid v tobačnem dimu je onemogočanje vezave tako endogenega acetilholina kakor eksogenega nikotina z uporabo nAChR antagonistov eden od načinov, kako omejiti promotorske učinke teh spojin v procesu kancerogeneze pljučnega karcinoma.